Почему шерсть вплетается в диван и не берётся пылесосом — считаем, что именно её там держит

У меня дома диван, обитый чем-то синтетическим и ворсистым, и собака, которая на нём спит. Раз в неделю я прохожу по нему пылесосом. Песок, крошки и пыль он забирает подчистую. Шерсть остаётся.

Не вся — верхний, свеженападавший слой уходит. Остаётся тот, что уже лежит какое-то время: короткие волоски, которые сидят в ворсе торчком и не поддаются, сколько ни води. Потом я беру резиновую щётку, провожу ею с усилием — и снимаю целый валик.

Меня это годами устраивало как данность: «пылесос слабоват». Пока однажды не пришло в голову посчитать, насколько слабоват. Считается в две строчки, и результат оказался не тот, которого я ждал.

Сначала посчитаем, тяжёлая ли шерстинка

Возьмём остевой волос средней собаки: толщина около 80 микрометров, длина 5 сантиметров.

Объём такого цилиндрика: 3,14 x (40 мкм)² x 5 см. В метрах это 3,14 x (0,00004)² x 0,05 = 2,5 x 10⁻¹⁰ кубометра.

Плотность кератина — примерно 1300 килограммов на кубометр. Умножаем: 2,5 x 10⁻¹⁰ x 1300 = 3,3 x 10⁻⁷ килограмма. То есть 0,33 миллиграмма.

Теперь то, ради чего всё считалось. Песчинка диаметром миллиметр — обычная, из тех, что приносятся с улицы и с которыми пылесос справляется не глядя. Её объём (4/3) x 3,14 x (0,0005)³ = 5,2 x 10⁻¹⁰ кубометра, плотность кварца 2650, масса — 1,4 миллиграмма.

Песчинка в четыре с лишним раза тяжелее шерстинки. Пылесос поднимает её с того же самого дивана, с той же насадкой, за тот же проход — и уносит. А шерстинку, вчетверо более лёгкую, оставляет.

Значит, дело не в подъёмной силе. Пылесос не слабый. Шерсть что-то держит.

Волос — это не гладкая ниточка

Дальше пришлось лезть в то, как устроена поверхность волоса, и там меня ждал сюрприз.

Волос покрыт чешуйками — их называют кутикулой. Это плоские пластинки толщиной от половины микрометра до микрометра, уложенные внахлёст, как черепица. И вот главное: все они смотрят в одну сторону, от корня к кончику.

Из-за этого трение у волоса разное в двух направлениях. Ведёшь пальцем от корня к кончику — гладко, чешуйки лежат по ходу. Ведёшь обратно — шершаво, чешуйки встают дыбом и упираются. В исследованиях шерстяного волокна это называют направленным трением, и на нём держится вся технология валяния: именно поэтому шерстяной свитер садится в стиральной машине, а хлопковый нет.

Теперь перенесите это на диван. Волос лежит в ворсе, окружённый волокнами обивки. Он может двигаться вперёд, «по чешуйкам», и не может назад. Каждое его смещение от вашей руки, от вашего веса, от прыжка собаки — это шажок вглубь ворса, который не отыгрывается назад.

Волос не «прилип» к дивану. Он в него вкрутился — сам, шаг за шагом, за неделю вашей обычной жизни.

Почему именно диван, а не кожаное кресло

И тут всплывает число, ради которого стоило искать.

Храповик работает не с любым встречным волокном. Разбор механизма даёт границу: чешуйки цепляются за встречное волокно, пока радиус кривизны этого волокна не превышает примерно 50 микрометров. Толще — и чешуйке не за что зацепиться, поверхность для неё становится практически плоской.

Посчитаем, попадает ли в этот диапазон обычная мебельная ткань. Полиэфирное штапельное волокно в обивке — это типично 3 денье. Перевод денье в диаметр делается стандартной формулой: диаметр в микрометрах равен 11,89 x корень из (денье, делённое на плотность). Плотность полиэфира 1,38. Считаем: 3 / 1,38 = 2,17; корень — 1,47; умножаем на 11,89.

Получается 17,5 микрометра диаметра, то есть радиус около 9 микрометров.

Девять микрометров против границы в пятьдесят. Волокно вашего дивана в пять с лишним раз тоньше того, за что чешуйка ещё способна зацепиться. То есть обивка попадает в рабочий диапазон механизма не случайно и не на краю — она лежит в самой его середине.

А гладкая кожа из этого диапазона выпадает вообще: у неё нет отдельных волокон, за которые можно зацепиться, есть сплошная поверхность. Отсюда и бытовое наблюдение, которое знает каждый владелец собаки: с кожаного кресла шерсть сметается ладонью, с тканевого — нет. Это не свойство материала «притягивать», это наличие или отсутствие зацепа нужного размера.

Второй механизм, который обычно путают с первым

Есть и вторая сила, и её постоянно называют главной, хотя она, по-моему, вспомогательная.

Материалы можно выстроить в ряд по тому, как они обмениваются зарядом при трении. Волос и мех стоят у положительного края этого ряда — они отдают электроны охотнее почти всего. Полиэфир и акрил стоят у отрицательного. Чем дальше два материала в ряду друг от друга, тем сильнее заряд при трении.

Шерсть на синтетической обивке — это буквально пара с двух концов ряда. Хуже (или, с точки зрения физики, лучше) сочетания придумать трудно.

Но обратите внимание, что именно делает статика. Она прижимает волос к поверхности и не даёт ему улететь от потока воздуха. Она не заталкивает его в ворс — заталкивает храповик. Поэтому антистатик и влажная тряпка помогают, но помогают не до конца: они снимают прижим, а зацеп остаётся.

Почему тогда работает резиновая щётка

Из двух механизмов сразу становится понятно, почему резинка снимает то, что не берёт поток воздуха.

Пылесос действует на волос перпендикулярно поверхности: тянет вверх. А храповик как раз и держит против этого направления — чешуйки упираются. Тянуть вверх бесполезно почти при любой мощности; на шерстинке весом в треть миллиграмма мощность вообще никогда не была узким местом, что мы и посчитали в начале.

Резиновая щётка действует вдоль поверхности и с усилием. Она сдвигает волос в сторону — в ту, куда чешуйки позволяют, — и выводит его из зацепа боком, а не вырывает вверх. Плюс сама резина забирает заряд, снимая прижим.

По той же причине помогает турбощётка с вращающимся валиком: это не «больше всасывания», это добавленное сдвигающее усилие. Если у пылесоса есть турбонасадка и вы ею не пользуетесь, разница на диване будет заметнее, чем от смены модели.

И по той же причине бесполезно давить насадкой сильнее. Вы прижимаете волос глубже в ворс, то есть делаете ровно тот шажок, который храповик не отыграет назад.

Чего я не нашел

Три вопроса, на которые я ответа не нашел, и если кто-то из читающих знает — скажите.

Первое. Плотности чешуек по породам нет в сводном виде. Исследование Тумиловича с соавторами (2018) показало, что у четырёх пород параметры остевого волоса различаются заметно. Но таблицы «порода — число чешуек на 100 микрометров» я не нашел ни у кого. А из неё прямо следовало бы, чья шерсть цепляется сильнее.

Второе. Никто не измерял силу выдёргивания. Для овечьей шерсти направленное трение меряли много и подробно. Сколько ньютонов нужно, чтобы вытащить один собачий волос из конкретной мебельной ткани, — такого замера я не встретил. А без него всё рассуждение выше остаётся качественным: механизм назван, величина не названа.

Третье. Не знаю, что в реальной квартире вносит больший вклад — храповик или статика. Их почти всегда упоминают вместе и через запятую. Разделить вклад можно было бы простым опытом: одинаковые лоскуты, одинаковая шерсть, у одного снят заряд антистатиком. Я такого опыта не нашел и сам пока не поставил.

Мой вывод после всех расчётов простой: мощность пылесоса на шерсти — это характеристика, по которой её выбирать бесполезно, а наличие насадки со сдвигом — та, по которой стоит.